(57)【要約】【課題】漏れ磁束を減少させながらコギングトルクを低く抑えることが可能な永久磁石型回転機を提供する。【解決手段】  励磁コイルを巻装した固定子３と、該固定子３と所定の空隙を隔てて対向して回転する永久磁石２２を有する回転子４とを備えた永久磁石型回転機であって、前記固定子３は、所定数に分割された固定子コア１１を有し、該固定子コア１１はヨーク１２の円周方向の中央部に半径方向に突出する磁極ティース１３を有し、前記固定子コア１１の前記ヨーク１２及び前記磁極ティース１３によってコイル１６が巻装されるスロット１４が形成され、該スロット１４の固定子内径側に開口部１５を有し、前記固定子３の内径側に前記回転子４に対して所定の空隙を隔てて対向する円筒リング１７を配設し、該円筒リング１７の前記開口部に対向する位置に開口面積を制限する透孔１８が形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルを巻装した固定子と、該固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する永久磁石を有する回転子とを備えた永久磁石型回転機であって、
前記固定子は、所定数に分割された固定子コアを有し、該固定子コアはヨークの円周方向の中央部に半径方向に突出する磁極ティースを有し、前記固定子コアの前記ヨーク及び前記磁極ティースによってコイルが巻装されるスロットが形成され、該スロットの固定子内径側に開口部を有し、前記固定子の内径側に前記回転子に対して所定の空隙を隔てて対向する円筒リングを配設し、該円筒リングの前記開口部に対向する位置に開口面積を制限する透孔が形成されていることを特徴とする永久磁石型回転機。
【請求項２】
前記固定子は、前記磁極ティースに１つの励磁コイルを巻装した集中巻構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転機。
【請求項３】
前記回転機及び前記固定子の一方にスキューが施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石型回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子と所定の空隙を有して対向して回転する回転子とを備えた永久磁石型回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の永久磁石型回転機ではコギングトルクと呼ばれる一種のトルク脈動が発生することが良く知られている。永久磁石型回転機においてコギングトルクが大きい場合、回転機の制御性能を悪化させたり、騒音を発生したりといった問題が生じる。
永久磁石型回転機の固定子には、励磁コイルを巻装するスロットが閉じた閉スロットタイプ（例えば、特許文献１参照）と、スロットの回転子側が開口した開スロットタイプ（例えば、特許文献２参照）とがある。
【０００３】
コギングトルクは、回転子の回転に伴って磁気エネルギーが変化するために発生する。閉スロットタイプと開スロットタイプとを比較すると、開スロットタイプではスロット開口部の空気の磁気エネルギーの変化が大きく、コギングトルクが大きくなる。
一方、閉スロットタイプでは、図４に示すように、固定子１０１の回転子に対向する内径側に励磁コイル１０２を巻装するスロット１０３を閉塞するように隣接する磁極ティース１０４間の内径側を連結するブリッジ１０５が形成されている。この閉スロットタイプでは、スロット１０３が閉塞されているので、固定子内径の円周方向の空気の磁気エネルギーの変化が少なく、コギングトルクが小さくなる。しかし、ブリッジ１０５の磁気抵抗は空気に比べて非常に小さいため、回転子に配設された永久磁石の作る磁束の大部分は磁極ティース１０４及びヨーク１０６で構成される磁路ＭＬ１を通るが、その一部がブリッジ１０５を通じて流れる磁路ＭＬ２を形成してしまう。この磁路ＭＬ２を通る磁束は、回転機のトルク発生に寄与することはない。すなわち、トルクを有効に発生できない漏れ磁束となり、回転機のトルク発生に寄与する磁路ＭＬ１を通る磁束が減る分回転機で発生するトルクが減少するという課題がある。
【０００４】
このため、開スロットタイプ及び閉スロットタイプの利点を合わせて、コギングトルクを減少させるために、従来、磁極歯の先端部を隣の磁極歯の先端部と連結して閉スロットとした固定子鉄心片と、連結せずに開スロットとした固定子鉄心とを混在積層して固定子鉄心を構成した永久磁石型モータが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１０７１７７号公報
【特許文献２】特開２００４−９６８０３号公報
【特許文献３】特開２００７−１５１２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献３に記載された従来例にあっては、開スロット構成の固定子鉄心片と閉スロット構成の固定子鉄心片とを混載積層するようにしているので、閉スロット構成の固定子鉄心片を形成するには、非常に高い寸法精度が要求され、製造コストが嵩むおそれがある。また、閉スロットのコアピースと閉スロットのコアピースとの２つの金型が必要となるため、設備の大型化が懸念されるという未解決の課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、漏れ磁束を減少させながらコギングトルクを低く抑えることが可能な永久磁石型回転機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る永久磁石型回転機は、励磁コイルを巻装した固定子と、該固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する永久磁石を有する回転子とを備えた永久磁石型回転機であって、
前記固定子は、所定数に分割された固定子コアを有し、該固定子コアはヨークの円周方向の中央部に半径方向に突出する磁極ティースを有し、前記固定子コアの前記ヨーク及び前記磁極ティースによってコイルが巻装されるスロットが形成され、該スロットの固定子内径側に開口部を有し、前記固定子の内径側に前記回転子に対して所定の空隙を隔てて対向する円筒リングを配設し、該円筒リングの前記開口部に対向する位置に開口面積を制限する透孔が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の他の形態に係る永久磁石型回転機は、前記固定子は、前記磁極ティースに１つの励磁コイルを巻装した集中巻構成とされていることを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態に係る回転機は、前記回転機及び前記固定子の一方にスキューが施されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、固定子に開口部を有するスロットを形成し、この固定子の内周面にスロットの開口面積を制限する開口部を有する円筒リングを配設するようにしたので、閉スロットタイプのようにコギングトルクを低減させることができ、開スロットタイプのように漏れ磁束を低減することができる永久磁石型回転機を提供することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を示す永久磁石式同期回転機を示す断面図である。
【図２】図１の固定子コア及び円筒リングを展開した状態の拡大斜視図である。
【図３】円筒リングの他の例を示す展開した状態の拡大斜視図である。
【図４】従来の閉スロットタイプの固定子を示す展開図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明を永久磁石式同期回転機に適用した場合の第１の実施形態を示す断面図である。この図１において、永久磁石型同期回転機１は表面磁石型同期回転機で構成されている。この永久磁石式同期回転機１は、円筒状フレーム２を有する。この円筒状フレーム２の内周側には円筒状の積層鋼板で形成された固定子３が固定され、この固定子３の内周側には所定の空隙を介して対向する積層鋼板で形成された回転子４が配置されている。この回転子４は回転軸５に支持されて回転自在に配置されている。
【００１３】
固定子３は、円筒状フレーム２の内周側に円周方向に９分割された固定子コア１１を円周方向に連結して配置した構成を有する。各固定子コア１１は、図２に示すように、外周面が円筒面に形成され、内周面が９角筒内面とされたヨーク１２と、このヨーク１２の内周面の円周方向の中央部から半径方向に突出形成された磁極ティース１３とから構成されている。
【００１４】
磁極ティース１３は、ヨーク１２に連接する磁脚部１３ａと、この磁脚部１３ａの先端から円周方向に突出する楔状の鍔部１３ｂとで構成されている。
そして、隣接する固定子コア１１のヨーク１２及び磁極ティース１３とでスロット１４が形成され、隣接する磁極ティース１３の鍔部１３ｂ間にスロット開口部１５が形成されている。
【００１５】
各磁極ティース１３にはその磁脚部１３ａに１つの励磁コイル１６が巻装された集中巻構成とされている。
また、固定子３の内周面には磁性体製の円筒リング１７が磁極ティース１３の鍔部１３ｂの先端と接触して固定されている。この円筒リング１７には、図２に示すように、スロット１４の開口部１５に対向する位置に、開口部１５の幅と等しい幅で高さが開口部１５の高さより低い長方形状の透孔１８が軸方向の中央部に形成されている。この透孔１８によって、スロット１４の開口部１５の開口面積が制限されている。
【００１６】
一方、回転子４は、円筒リング１７と所定の空隙部を形成して対向している。この回転子４は、円筒状の回転子コア２１の外周面となる表面に円周方向に隣接する磁極が異極性となるように例えば６極構成の永久磁石２２が配設された構成を有する。ここで、永久磁石２２は希土類磁石で構成されている。
また、回転子４の永久磁石２２及び固定子３の磁極ティースの一方にスキューが施されている。
【００１７】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
このように、上記実施形態によると、永久磁石型同期回転機１が表面永久磁石型回転機の構成を有するので、回転子４の永久磁石２２の円周方向の中央部がｄ軸と隣接する永久磁石２２間がｑ軸となって、励磁コイル１６に通電してｄ−ｑ軸電流制御することにより、回転子４を回転駆動することができる。
【００１８】
このとき、上述したように、固定子３の分割された固定子コア１１の磁極ティース１３における鍔部１３ｂの内周面に円筒リング１７が接触されて固定され、この円筒リング１７のスロット１４の開口部１５に対向する位置に、開口部１５の開口面積より小さい開口面積の透孔１８が配設されている。このため、透孔１８の軸方向の両端では、磁極ティース１３の鍔部１３ｂ間を磁気的に連結する幅狭のブリッジ部１９が形成されることになる。
【００１９】
したがって、円筒リング１７によってスロット１４の開口部１５の開口面積が制限されると共に、一部にブリッジ部１９が形成されることになる。このため、開口部１５の開口面積が制限されることにより、開口部の空気の磁気エネルギー変化を抑制することができ、この分コギングトルクを小さく抑制することができる。また、ブリッジ部１９が形成されていることにより、このブリッジ部１９の位置では空気の磁気エネルギー変化を生じることはなく、且つブリッジ部１９が幅狭であるので、漏れ磁束の発生を抑制することができる。
【００２０】
このため、閉スロットタイプのようにコギングトルクを低減でき、且つ開スロットタイプのように漏れ磁束を低減することができ、閉スロットタイプ及び開スロットタイプの利点を兼ね備えた永久磁石型回転機を提供することができる。
しかも、上記円筒リング１７は、分割形の固定子コア１１をフレーム２の内周面に嵌合させて固定することにより、開スロットタイプの固定子３を構成し、その後に固定子３の内周面に円筒リング１７を嵌合させることで、閉スロットと開スロットとの組み合わせ構造を容易に構成することができる。このため、固定子コア１１を加工する金型は一種類で済むと共に、高精度な寸法が要求されることがなく、特許文献３に記載された従来例に比較して製造コストを低減することができる。
【００２１】
また、回転子４の永久磁石２２及び固定子３の磁極ティース１３の一方にスキューが施されていることにより、このスキューによってコギングトルクの発生を抑制することができる。
なお、分割された固定子コア１１で構成される固定子３に円筒リング１７を嵌合させる際に、スロット１４の開口部１５と円筒リング１７の透孔１８との位置決めを行う必要があるので、少なくとも１つの透孔１８の軸方向両端部の一方に開口部１５に係合する突出量の小さい突起部を突出形成することにより、両者の位置決めを容易に行うことができる。
【００２２】
また、上記実施形態においては、円筒リング１７の軸方向に１つの透孔１８を形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図３に示すように、軸方向に長さの短い２つの透孔１８ａ，１８ｂを形成するようにしてもよく、３つ以上の透孔を形成するようにしてもよい。
さらに、円筒リング１７に形成した透孔１８の形状としては長方形状に限らず、長円形状や楕円形状、台形状としたり、長方形状の軸方向の両端部を端部に行くに従い幅狭となる台形状としたり、任意の形状を適用することができる。
【００２３】
さらに、上記実施形態においては、ヨーク１２の内周面が多角筒内面である場合について説明したが、これに限定されるものはなく、多角筒内面の各面を外径側に湾曲する湾曲面とするようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、回転子４を表面磁石型回転子で構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、永久磁石を回転子コア２１内に埋込んだ埋込磁石型回転子で構成することもできる。
【００２４】
さらに、上記実施形態においては、上記実施形態においては、本発明を固定子３の磁極ティース１３及びスロット１４を９個と、回転子４の永久磁石２２の極数を６とする回転機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、永久磁石２２の極数を２ｎ（ｎは正の整数）としたときに、スロット数を３ｎとする回転機に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１…永久磁石式同期回転機、３…固定子、４…回転子、５…回転軸、１１…固定子コア、１２…ヨーク、１３…磁極ティース、１３ａ…磁脚部、１３ｂ…鍔部、１４…スロット、１５…開口部、１６…励磁コイル、１７…円筒リング、１８…透孔、２１…回転子コア、２２…永久磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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